基于时频矩阵的跳频测距方法及系统
专利汇可以提供基于时频矩阵的跳频测距方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种基于时频矩阵的跳频测距方法及系统。系统包括至少一个待 定位 节点 (1)和多个锚节点(2)，所述多个锚节点(2)与待定位节点(1)之间通过无线跳频 信号 相连。方法包括如下步骤：(10)确定时频矩阵：发送信号前，锚节点(2)与待定位节点(1)之间确定时间 频率 矩阵；(20)发送双音信号：锚节点(2)根据时频矩阵在跳频信号的每一跳发送双音信号；(30)估计双音 相位 差：待定位节点(1)估计双音信号的 相位差 ；(40)估计伪距：将伪距估计等价为单音频率估计问题，得到伪距的估计值。本发明的方法及系统， 覆盖 范围大、抗干扰能 力 强。，下面是基于时频矩阵的跳频测距方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种基于时频矩阵的跳频测距方法，用于以多个锚节点(2)对至少一个待定位节点(1)的伪距测量，其特征在于，包括如下步骤：
(10)确定时频矩阵：发送信号前，锚节点(2)与待定位节点(1)之间确定时间频率矩阵；
(20)发送双音信号：锚节点(2)根据时频矩阵在跳频信号的每一跳发送双音信号；
(30)估计双音相位差：待定位节点(1)通过信号下变频、信号采样、基于先验知识的频率估计，估计双音信号的相位差；
(40)估计伪距：待定位节点(1)根据时频矩阵计算时间频率差分向量TFDV、计算时间相位差分向量TPDV、确立TFDV与TPDV间关系，然后将伪距估计等价为单音频率估计问题，得到伪距的估计值。
2.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(10)确定时频矩阵步骤包括：
(11)确定时频矩阵行数：确定时频矩阵行数为M，时频矩阵行数越大，测距性能越好，测量时间越长；
(12)确定非模糊距离：确定非模糊距离UMR，使得UMR大于待定位节点(1)与锚节点(2)之间可能的最大距离；
(13)频率单位确定：根据MUR，确定频率单位fmin＝c/MUR；
(14)第1音基带频率确定：确定时频矩阵第1列第1行的基带频率f11，f11是fmin的整数倍，时频矩阵中其它行的第1音基带频率与f11相同；
(15)首行第2音基带频率确定：确定时频矩阵第1行第2音基带频率f12＝f11+MFI，MFI＝
1/Tr，Tr为跳频信号单跳驻留时间；
(16)尾行第2音基带频率确定：确定时频矩阵第M行第2音基带频率fM2＝Bi，Bi为跳频信号瞬时带宽；
(17)它行第2音基带频率确定：确定时频矩阵第2行至第M-1行第2音基带频率，随机生成两个较小素数p1、p2，使得f22＝f12+fmin×p1，f32＝f22+fmin×p2，其它跳第2音频率fi2(i＝
4,…,M-1)取值在f32-fmin和fM2-fmin内随机生成，形成M×2时频矩阵TFM：
3.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(20)发送双音信号步骤包括：
(21)双音基带信号产生：锚节点(2)根据事先确定的时频矩阵在基带中安排双音信号，双音基带信号初始相位相同；
(22)信号上变频：基带信号通过载波上变频至载波信号；
(23)双音信号发送：将载波信号通过天线发送。
4.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(30)估计双音相位差步骤包括：
(31)信号下变频：对于每一跳跳频信号，待定位节点(1)接收信号并根据载波下变频至基带信号；
(32)信号采样：待定位节点(1)对接收的基带信号通过模数转换器采样，得到样本向量；
(33)基于先验知识的频率估计：待定位节点(1)根据样本向量采用基于先验知识的频率估计方法得到双音的频率估计；
(34)相位差估计：待定位节点(1)利用估计得到的双音频率，采用最小二乘估计法得到双音每一跳的相位差的估计值。
5.根据权利要求4所述的估计双音相位差，其特征在于，所述(33)基于先验知识的频率估计步骤包括：
(331)频率初估计：对于跳频信号的每一跳，利用常规的高分辨率频率估计方法得到双音频率的初步估计f’ik；
(332)计算平均频率偏移：根据双音基带信号的先验知识fik，将每个音上的频率偏移取平均，得到双音的频率偏移:
(333)计算双音频率：将双音的频率偏移叠加到双音信号上得到最终双音频率估计:
f″ik＝fO+fik,1≤k≤2。
6.根据权利要求1所述的跳频测距方法，其特征在于，所述(40)伪距估计步骤包括：
(41)计算时间频率差分向量：将时频矩阵的每一行的双音信号的频率做差，得到时间频率差分向量：
TFDV＝[Δf1,Δf2,......,Δfi,Δfi+1,......,ΔfM],Δfi＜Δfi+1；
(42)计算时间相位差分向量：将在时间频率矩阵中每一行双音信号相位差的估计值按序排列，得到时间相位差分向量：
TPDV＝[Δα1,Δα2,......,Δαi,Δαi+1,......,ΔαM]；
(43)确立TFDV与TPDV间关系：将TFDV中的每一个元素看成是测量频率，将TPDV看成在这一系列测量频率上得到的相位，得到；
其中，d’为待定位节点(1)与锚节点(2)之间的伪距，d’＝d+Δt，d为待定位节点(1)与锚节点(2)之间的距离，Δt为待定位节点(1)与锚节点(2)之间的时间差；
(44)估计伪距：将伪距解算等价为单音频率估计，其中，d’等价与单音信号的频率，而Δfi/c可以等价为离散的采样时间，伪距d’的最大似然估计量为：
7.一种基于时频矩阵的跳频测距系统，其特征在于，
包括至少一个待定位节点(1)和多个锚节点(2)，所述多个锚节点(2)与待定位节点(1)之间通过无线跳频信号相连；
所述锚节点(2)，用于在跳频信号的每一跳发送双音信号，不同跳发送不同的双音信号，这些信号构成时间频率矩阵；
所述待定位节点(1)，用于接收双音信号，估计锚节点与待定位节点间的伪距；待定位节点(1)将双音信号经过采样后，利用双音信号的先验知识，估计双音信号的频率，利用估计得到的双音频率进一步估计双音相位差；待定位节点(1)在时间频率矩阵的每一行得到双音频率差以及对应的双音相位差；待定位节点(1)把时频矩阵每一行的双音频率差看成测量频点，估计得到的双音相位差看成测量相位，将伪距估计问题看成单音信号的频率估计问题得到伪距的估计值。
基于时频矩阵的跳频测距方法及系统
技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
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